Las propiedades endocrónicas de la tiotimolina resublimada (1948)

«The Endochronic Properties of Resublimated Thiotimoline»

La correlación de la estructura de moléculas orgánicas y sus diversas propiedades físicas y químicas ha proporcionado en los últimos años una visión íntima acrecentada del mecanismo de las reacciones orgánicas, sobre todo en las teorías de la resonancia y la mesomería, según se han desarrollado en el último decenio. La solubilidad de los compuestos orgánicos en variados disolventes ha adquirido un interés particular a este respecto a través del descubrimiento reciente de la naturaleza endocrónica de la tiotimolina.

Se sabe desde tiempos muy antiguos que la solubilidad de los compuestos orgánicos en disolventes polares tales como el agua queda acrecentada por la presencia en los núcleos hidrocarbonados de radicales hidrófilos, es decir, de grupos sedientos de agua, tales como los grupos hidroxilo (—OH), amino (—NH₂), o ácido sulfónico (SO₃H). En los casos en que las características físicas de dos compuestos dados —particularmente el grado de subdivisión del material— sean iguales, el tiempo de disolución —expresado en segundos por gramo de material y milímetro de disolvente— disminuye con el número de grupos hidrófilos presentes. El catecol, por ejemplo, con dos grupos hidroxilo en el grupo bencénico, se disuelve muchísimo antes que el fenol, que tiene un solo grupo hidroxilo en el núcleo. Feinschreiber y Hravlek, en sus estudios sobre el tema, han sostenido que al aumentar el hidrofilismo el tiempo de disolución tiende a cero. El hecho de que este análisis no es absolutamente correcto se puso de manifiesto cuando se descubrió que la tiotimolina compuesta se disuelve en agua (en la proporción de un gramo por mil) en menos un segundo doce décimas. Es decir, se disuelve antes de que se haya añadido el agua.

Anteriores comunicaciones de los mencionados laboratorios indicaban que la tiotimolina contenía al menos cuatro grupos hidroxilo, dos grupos amínicos y uno de ácido sulfónico. La presencia de un radical nitrosilo (-NO₂) por añadidura no ha sido confirmada, y todavía no existe ninguna prueba relativa a la naturaleza del núcleo hidrocarbonado, aunque parece segura la presencia de una estructura al menos parcialmente aromática.

El endocronómetro - Los primeros intentos por medir cuantitativamente el tiempo de Polución de la tiotimolina toparon con dificultades considerables debido a la propia naturaleza negativa de la estimación. El hecho de que el producto químico se disolviera antes de la adición de agua, hacía que el paso lógico y natural siguiente fuera el de retirar el agua después de producirse la disolución y antes de la adición. Lo cual, afortunadamente para la ley de conservación de la masa energía, no ocurrió jamás, puesto que la disolución nunca se producía si después no había de verificarse la adición de agua. Por supuesto, con ello surge inmediatamente la cuestión de cómo podía «saber» por adelantado la tiotimolina si el agua le será añadida luego o no. Aunque esto no queda propiamente dentro de nuestra jurisdicción como químico-físicos, se han publicado muy recientemente, durante el último año, estudios sobre los problemas psicológicos y filosóficos que el caso plantea.

A pesar de todo, las dificultades químicas implicadas se fundan en el hecho de que el tiempo de disolución varía enormemente con el estado mental preciso del experimentador. Un período de titubeo, aunque levísimo, en la adición del agua reduce el tiempo negativo de la disolución, y no es infrecuente que lo deje por debajo de los límites de detección. Para evitarlo, se ha construido un ingenio mecánico, del diseño esencial del cual ya hemos hablado en un documento anterior (6) Este ingenio, denominado endocronómetro, consiste en una Celdilla de dos centímetros cúbicos de tamaño dentro de la cual se coloca el peso deseado de tiotimolina, asegurándose de que se llene una pequeña extensión del fondo de la celdilla de disolución, de un milímetro de diámetro interno. A la celdilla se le acopla una micropipeta de presión automática que contenga un volumen específico del disolvente en cuestión. Cinco segundos después de haber cerrado el circuito, este disolvente se vierte automáticamente dentro de la celda donde se halla la tiotimolina. Durante el tiempo de acción, se enfoca un rayo de luz sobre la pequeña extensión celular descrita más arriba, y en el instante de la disolución, la transmisión de esta luz ya no quedará obstaculizada por la presencia de la tiotimolina sólida. Tanto el instante de la disolución —en cuyo momento la transmisión de la luz queda registrada por un dispositivo fotoeléctrico— como el instante de la adición de disolvente se pueden determinar con una exactitud de más de un 0,01%. Si se resta el primer valor del segundo, se puede determinar el tiempo (t) de disolución.

El proceso completo se verifica en un termostato mantenido a 25,00 °C con una exactitud de 0,01 °C.

Pureza de la tiotimolina - La extraordinaria sensibilidad de este método ilumina poderosamente las desviaciones resultantes de impurezas minúsculas existentes en la tiotimolina. (Como no se ha ideado ningún método de síntesis de laboratorio, sólo se puede obtener prácticamente a través de un prolongado y tedioso aislamiento de su fuente natural, la corteza del arbusto Rosácea karlsbadensis rufo). Por consiguiente, se han llevado a cabo grandes esfuerzos por purificar la sustancia a través de repetidas recristalizaciones por medio de la conductividad del agua (bidestilada en un aparato de estaño puro) y mediante sublimaciones finales. Una comparación de los tiempos de disolución (T) en varias fases del proceso de purificación se exhibe en la tabla I.

Es obvio, según muestra la tabla I, que para una medición auténticamente cuantitativa, hay que emplear tiotimolina pura como la descrita. Después de la segunda resublimación, por ejemplo, el error incurrido en hasta una docena de determinaciones ha sido inferior a un 0,7%, siendo los valores extremos de -1,119 segundos a -1,126 segundos.

En todos los experimentos descritos a continuación, se ha utilizado tiotimolina purificada en este grado.

TABLA I

(12 observaciones)

Estado de purificación

«T» Medio

«T» extremos

% de error

Ya aislado

-0,72

-0,3

-1

34,1

Primera recristalización

-0,95

-0,8

-1,1

9,8

Segunda recristalización

-1,05

-1

-1,1

4

Tercera recristalización

-1,11

-1,1

-1,1

1,8

Cuarta recristalización

-1,12

-1,1

-1,1

1,7

Primera resublimación

-1,12

-1,1

-1,1

0,9

Segunda resublimación

-1,122

-1,1

-1,1

0,7

Tiempo de disolución y volumen de disolvente - Como parecería razonable, los experimentos han demostrado que el volumen creciente de disolvente permite que la tiotimolina se disuelva con mayor rapidez, es decir, con un tiempo crecientemente negativo de disolución. Por la figura 1 podemos ver, sin embargo, que este aumento de las propiedades endocrónicas se nivela rápidamente con un volumen de disolvente de 1,25 ml aproximadamente. Este interesante efecto en meseta ha aparecido con variables volúmenes de disolventes utilizados en estos laboratorios, lo mismo que en todos los casos el tiempo de disolución tiende a cero con un volumen creciente de disolvente.

Tiempo de disolución y concentración de un ión dado - En la figura 2 se dan los resultados del efecto del tiempo de disolución (T) variando el volumen de disolvente, en el que el disolvente consiste en concentraciones variables de disolución de cloruro sódico. Puede verse que, si bien en cada caso el volumen que alcanza esta meseta difiere notablemente con la concentración, las alturas de la meseta son constantes (es decir: -1,13). El volumen al que se alcanza, que en lo sucesivo denominaremos Volumen Meseta (VM) disminuye con el descenso de la concentración del cloruro sódico, acercándose al VM para el agua a medida que la concentración de NaCl tiende a cero. Es obvio, por consiguiente, que una disolución de cloruro sódico de concentración desconocida puede caracterizarse con toda exactitud por la determinación de su VM, si no hay ni vestigio de otras sales.

Esta utilidad del VM se extiende asimismo a otros iones. La figura 3 nos da las curvas endocrónicas para disoluciones 0,001 molares de cloruro sódico, bromuro sódico y cloruro potásico.

El VM es igual en cada caso, dentro de los límites de error experimental —puesto que las concentraciones son iguales en todos los casos— aunque las Alturas de Meseta (AM) son diferentes.

Una conclusión de tanteo a la que se puede llegar a través de estos datos experimentales es la de que las AM son características de la naturaleza de los iones presentes en la disolución, mientras que el VM es característico de la concentración de estos iones. La tabla II da los valores de Altura de Meseta y Volumen de Meseta para una gran variedad de sales en idénticas concentraciones, si se presentan solas.

La variación más interesante que hay que observar en la tabla II es la del VM con la valencia tipo de la sal presente. En el caso de sales que contengan pares de iones monovalentes —es decir, cloruro sódico, cloruro potásico y bromuro sódico— el VM es constante para todos. Lo cual vale también para aquellas sales que contienen un ión con una sola carga, y otro ión con dos cargas —o sea, sulfato sódico, cloruro cálcico y cloruro magnésico— en la que el VM, aunque igual en los tres, varía notablemente del de los del primer grupo. Por consiguiente, el VM parece ser función de la energía iónica de la disolución.

Este efecto se produce también en relación con la Altura de la Meseta, aunque con menor regularidad. En el caso de iones de una sola carga, como en el de las tres sales anotadas en la tabla II, la AM se acerca muchísimo a la del agua misma. Desciende considerablemente donde haya iones con doble carga, tales como el sulfato o el calcio. Y cuando están presentes los iones fosfato o férrico, con triple carga, el valor desciende a un cuarto nada más del que tenía en el agua.

TABLA II

Disolvente (disoluciones salinas en concentración 0,001 M)

Altura de Meseta (AM) segundos

Volumen de Meseta (VM) mililitros

Agua

-1,13

1,25

Disolución de cloruro sódico

-1,13

137

Disolución de bromuro sódico

-1,1

1,37

Disolución de cloruro potásico

-1,08

1,37

Disolución de sulfato sódico

-0,72

1,59

Disolución de cloruro cálcico

-0,96

1,59

Disolución de cloruro magnésico

-0,85

1,59

Disolución de sulfato cálcico

-0,61

1,72

Disolución de fosfato sódico

-0,32

1,97

Disolución de cloruro férrico

-0,29

1,99

Tiempo de disolución y mezcla de iones - Los experimentos actualmente en marcha en estos laboratorios se interesan por la cuestión, extremadamente importante, de la variación de las propiedades endocrónicas de la tiotimolina en presencia de mezclas de iones. El estado de nuestros conocimientos en la actualidad no autoriza conclusiones muy generales, pero hasta nuestro trabajo preliminar hace concebir esperanzas sobre el desarrollo futuro de los métodos endocrónicos de análisis. Así, en la figura 4, tenemos la curva endocrónica tratándose de un disolvente constituido por una mezcla 0,001 M de cloruro sódico y 0,001 M de cloruro férrico en disolución. En este caso, pueden observarse dos rápidos cambios de pendiente: el primero en un tiempo de disolución de -0,29, y el segundo en un tiempo de -1,13, que constituyen las AM características del cloruro férrico y el cloruro sódico respectivamente. (Véase tabla II). La AM de una determinada sal parecería, pues, no afectada por la presencia de otras sales.

Sin embargo, este no es el caso, definitivamente, para el VM, y es hacia la elucidación cuantitativa de la variación del VM con impurezas en el disolvente hacia donde dirigimos ahora nuestros mayores esfuerzos.

Sumario - Las investigaciones de las cualidades endocrónicas de la tiotimolina han demostrado que:

a) Para obtener resultados cuantitativos es necesaria una cuidadosa purificación del material.

b) El aumento del volumen de disolvente origina un aumento del tiempo negativo de disolución hasta un valor constante conocido por Altura de Meseta (AM) en un volumen de disolvente conocido como Volumen de Meseta (VM).

c) El valor de la AM es característico de la naturaleza de los iones presentes en el disolvente, variando con la energía iónica de la disolución, y no variando con la adición de otros iones.

d) El valor del VM es característico de la concentración de los iones presentes en el disolvente, siendo constante para diferentes iones en disolución de igual energía iónica, pero variando notablemente con la mezcla de segundas variedades de iones.

Como resultado de todo ello se sugiere que los métodos endocrónicos ofrecen un medio de análisis rápido —2 minutos o menos— y exacto —dentro de un 0,1% por lo menos— de sustancias inorgánicas solubles en agua.

BIBLIOGRAFÍA

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3 P. Krum, L. Eshkin y O. Nile. Atináis of Synthetic Chemistry, 115. 1122-1145; 1208-1215 (1945). «Estructura de la tiotimolina, Partes I y II».

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